Введение к работе
Актуальность проблемы. Масштабы применения пестицидов и современное требование защиты окружающей среды от загрязнения их токсическими остатками делают необходимым исследование биологической системы "культурные растения - пестициды". Прежде всего необходимо знать поведение применяемых сельскохозяйственных ксенобиотиков в растениях и количественное содержание продуктов метаболизма пестицидов в конкретных объектах агрофитоценоза. Особое значение приобретает выявление ферментных систем, катализирующих отдельные реакции метаболизма пестицидов, так как стало необходимым управление детоксикационными процессами в желаемом направлении.
К настоящему времени в отечественной и зарубежной литературе накопился огромный материал по изучению поведения пестицидов в различных объектах окружающей среды (Галиулин и др., 1987; Го-ловлева, 1987; Гольдфельд, Карапетян, 1988; Клисенко, 1987; Ла— донин, Лунев, 1984; Мельников, 1986; Угрехелидзе, Дурмишидзе, 1984; Чкаников, 1970, 1985; Крафгс, 1963; Майер-боде, 1972; Керни, Кауфман, 1971; Тинсли, 1982; Эйхлер, 1985; Khan et al.,1975» Lewie et al., 1983» Mean, Stlll^W?; Piraentel, Edwards, 1982; Sijnabukuro et al., 1979; Sherma, 1987 и др.).' Сельскохозяйственная химизация совершенствуется в направлении снижения опасности для человека, полезных организмов, а также природы в целом. Вместе с тем повсеместное применение значительного количества пестицидов создает опасность нежелательного накопления этих веществ и их токсических метаболитов в продуктах сельского хозяйства.
До начала наших исследований молекулярные основы детоксика-ции многих широко применяемых пёрсистентннх пестицидов в растениях были исследованы далеко недостаточно. В связи с этим интерес представлял вопрос о метаболизме пестицидов различных классов органических соединений в важных культурных растениях и изучение механизма действия исследуемых ксенобиотиков на растения.
Цель и задачи исследования. Работа посвящена изучению метаболизма пестицидов производных феноксиуксусной кислоты, симм-триа-зинов, карбаматов и нитрофенола в важных сельскохозяйственных растениях (чай, лимон, апельсин, виноградная лоза, яблоня, кукуруза, #а;оль, горох, томаты, овес, суданская трава и др.) и выяснению
их воздействия на процессы обмена клетки. Были поставлены следующие задачи:
- установление путей поступления, транспорта, внутриклеточ
ной локализации и определение роли отдельных органелл в процес
сах трансформации пестицидов;
- выделение, идентификация и химическая характеристика
продуктов превращения пестицидов;
выяснение особенностей метаболизма пестицидов в рь^тени-ях разных видов и выявление общих закономерностей их детоксикации;
установление физиологической активности и тонсичности основных продуктов метаболизма изучавшихся пестицидов;
исследование детоксикационных механизмов растительной клетки и ферментативных систем, катализирующих процессы трансформации пестицидов;
изучение влияния различных концентраций пестицидов на обмен клетки и на важные биохимические показатели (на качество) пищевого растительного сырья;
разработка способов определения остатков и регуляция процессов детоксикации пестицидов в культурных растениях в хелзехкш направлении на осьове знания механизма этих процессов.
Научная новизна работы. Выявлены основные пути ызтаболязма широко применяемых персистентных пестицидов различных классов органических соединений - 2,4-Д, атразіжа, сиказина, карбарняа, ци-неба, ДНОК в важных сельскохозяйственных растениях. Баделенн и идентифицированы основные продукты метаболизма пестицидов, закгв-чащиеся в конъюгации этих вецеств и продуктов их гудроксллирова-ния с пептидами и белками клетки. Установлено образование совместных сложных конъюгатов оксипроизводных ФУК, 2,4-Д и атразина с глюкозой и пептидами. Впервые установлена способность стерильных проростков исследуемых растений окислять молекулы феноксиуксусной кислоты (ФУК), 2,4-Д, карбарила и ДНОК вплоть до расщепления ароматического кольца.
Изучены процессы превращения остатков пестицидов при биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья. Выяснены токсические эффекты агликонов пестицидных конъюгатов, выделенных из обработанных растений метаболитов на центральную нервную систему (ЦНС) млекопитающих и установлены ДДзд- ИсслеД0Ванн действия некоторых пестицидов на важные биохимические показатели и на ферментные системы растений.
Практическая ценность. Результаты, полученные при изучении молекулярных основ метаболизма пестицидов в культурных растениях, выделение и токсикологическая характеристика продуктов их биотрансформации имеют несомненное теоретическое и чисто экологическое значение при решении ряда проблем, сопутствующих развитию производства и применения пестицидов. Накопление сведения будут содействовать развитию биохимии чужеродных соединений - отрасли науки,роль которой стала особенно значительной в связи с все возрастающей опасностью загрязнения биосферы разнообразными химическими веществами, особенно пестицидами; Они являются основой разработки общей схемы детоксикационного механизма растительной клетки и тех закономерностей, которые дают возможность прогнозировать поведение пестицидов в растениях, предвидеть степень реальной опасности и разработать адекватные методы анализа остатков. Данные о судьбе пестицидов в растениях дают ключ к выяснению причин селективности, длительности сохранения их активности; позволяют наметить пути создания новых, экологически менее опасных физиологически активных веществ и обосновать биохимические основы защиты окружающей среды.
Результаты изучения действия различных концентраций пестицидов на важные биохимические показатели и на ферментные системы различных растений целесообразно учесть при нормировании расходов, установлении сроков обработки культурных растений и времени ожидания.
Апробация диссертационного материала. Материалы диссертации были представлены на республиканских конференциях по' вопросам физиологии и биохимии в Тбилиси (1976, 1977, 1978, 1980, 1987), II Грузинской республиканской конференции молодых химиков в Кутаиси (1978), республиканской научной сессии по охране окружающей среды, Тбилиси (1980), республиканской конференции по вопросам технической биохимии, Тбилиси (1980), У Международном конгрессе по химии пестицидов в Японии (Киото, 1982), ХІУ ежегодной конференции Европейского общества по мутагенам внешней среды, Москва (1984) научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды, Тбилиси (1984, 1985), научной сессии по актуальным вопросам биохимии и биотехнологии, Тбилиси (1985), УІ Международном конгрессе по химии пестицидов в Канаде, Торонто (1986), У Всесоюзном биохимическом съезде, Киев (1986), заседании бюро координационного совета по проблемам борьбы с сорной расти-
~4 -
тельностью по теме: "Проблема охраны окружающей среды при применении гербицидов в условиях интенсификации с/х производства", Тбилиси (1986), I конференции биохимиков Узбекской ССР, Ташкент (1986), заседании Общества биохимиков ГССР, Тбилиси (1980, 1986), Всесоюзной конференции на тему: "Проблемы экологическсЧ биофизики" Тбилиси (1966, 1988).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 52 научные работы, в том числе две - в виде книг.
Объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, приложения, списка литературы, включающего 583 наименования, из них 302 на иностраннмх языках. Диссертация содержит 262 страницы машинописного текста, 58 таблиц, 43 рисунка и схем.
